GC-MS
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Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Kopplung (GC-MS) zur Bestimmung von volatilen Bestandteilen in Compositen

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Förderprogramm der Investitionsbank Land Brandenburg

Förderprogramm:                   ILB-Kreditprogramme/Infrastruktur – Richtlinie

                                              Forschungsinfrastruktur

Maßnahme:                            Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Kopplung (GC-MS) zur

                                              Bestimmung von volatilen Bestandteilen in CompositenPolymeren

Antragsnummer:                    85053658

Durchführungszeitraum:         vom                                  bis

                                              11. Oktober 2021              30. September 2022

Gaschromatografie-Massenspektrometer-Kopplung

Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Kopplung (GC-MS) zur Bestimmung von volatilen Bestandteilen in Compositen

Faserverstärkte Kunststoffe bestehen aus einer Matrix (Thermoplaste, Duromere) und der Faserverstärkung. Als Verstärkungsmaterialien kommen praktisch sämtliche verfügbaren Materialien zum Einsatz, im Falle der erforderlichen Matrixmaterialien erfolgt jedoch an der TH Wildau eine Konzentration auf Duromere. Diese zeichnen sich durch ein herausragendes Eigenschaftsprofil hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, Medienbeanspruchung oder Brandfestigkeit aus. Exzellente mechanische Eigenschaften bieten zusätzlich zur geringeren Dichte dieser Faserverbundwerkstoffe (im Vergleich zu Metallen), ein hohes Potential zur Gewichtsreduzierung.

Ein charakteristisches Kennzeichen der Harze ist, dass die gewünschten herausragenden Eigenschaften der resultierenden Duromere, durch thermische oder strahleninduzierte Reaktion der Harze (Härtung) erhalten werden. Während der Härtung verbinden sich dabei die monomeren Bestandteile der Reaktivharze zu einem 3D-Netzwerk. Aufgrund der Kinetik der chemischen Reaktionen werden dabei aber nicht alle Monomermoleküle in das Netzwerk eingebaut, sodass ein geringer Anteil an Monomeren in dem gehärteten Bauteil verbleibt. Dies spielt besonders beim Einsatz entsprechender Faserverbundkunststoffe im Bereich Bau und Mobilität eine große Rolle.

Hierbei wurden Grenzwerte für den Restmonomergehalt festgelegt welche nicht überschritten werden dürfen, um gesundheitliche Gefährdungen zu minimieren. So regelt beispielsweise die DWA-A 143-3 der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA), dass der Gehalt an noch enthaltenem Styrol-Monomer (Reststyrolgehalt) nicht höher als 4 % sein darf. Die Bestimmung des Reststyrolgehaltes muss dabei nach DIN 53394-2 erfolgen, welche bereits die Bestimmung mittels Gaschromatographie vorgibt. Für die Entwicklung neuer Faserverbundwerkstoffe ist es daher essentiell den Gehalt an volatilen Bestandteilen, wie Restmonomeren, bestimmen zu können.

Weiterhin ist ein zentraler Punkt der aktuellen Forschung die Substitution umweltgefährdender Stoffe (z.B. halogenierte Flammschutzmittel, Aminhärter, Bisphenol A, Styrol) gegen biobasierte Alternativen. Dabei spielt ebenso wie bei der Bestimmung der volatilen Bestandteile die genaue Zusammensetzung der Substitute eine große Rolle für die Vernetzung und damit die chemischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften der Faserverbundbauteile. Um eine effektive Überwachung der neuen Harzformulierungen gewährleisten zu können ist eine GC-MS-Analyse mit flüssiger Probenaufgabe erforderlich. Da bei der experimentellen Entwicklung ebenso wie bei der Verwendung kommerzieller Produkte Verunreinigungen in den Reaktivharzen vorhanden sind, bzw. Additive eingesetzt werden, welche teilweise nur technische Reinheit (ca. 80%) aufweisen, kann meist nicht gesagt werden welche volatilen Bestandteile (Verunreinigungen, Nebenprodukte, Restmonomere, Schlichten, etc.) aus den Proben austreten oder welche flüssigen bzw. gelösten Verunreinigungen in den verwendeten Rohstoffen vorliegen. Zusätzlich ist eine Strukturaufklärung der Probenbestandteile notwendig. Dies ist durch die Verwendung eines Massendetektors nach der chromatographischen Auftrennung aber relativ einfach möglich.

Daher ist es für die Erforschung neuer Faserverbundwerkstoffe zwingend erforderlich eine Gaschomatographie-Massenspektrometrie-Kopplung für die Analyse einzusetzen. Für die parallele chromatographische Analyse von gasförmigen UND flüssigen Proben bei gleichzeitiger Strukturaufklärung der Einzelbestandteile ist derzeit kein Analysenmethode an der TH Wildau vorhanden.

Mit der Umsetzung der Maßnahme „Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Kopplung (GC-MS) zur Bestimmung von volatilen Bestandteilen in Compositen“ soll mit dieser neuen Charakterisierungsmethode zusätzliche Forschungs-möglichkeiten geschaffen werden.

Projektleiter der Hochschule

Prof. Dr. rer. nat. Christian Dreyer

Büro: Haus 14, Raum 210
Telefon: +49 3375 508 858
Mail:
Web: www.th-wildau.de/christian-dreyer

 

Ansprechpartner:

Felix Behrendt (akademischer Mitarbeiter)

Telefon: +49 3375 2152 297
Mail: felix.behrendt(at)th-wildau.de